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摘要：移动通信技术的发展和以智能手机为代表的自带设备的普及为1∶1数字化学习的有效开展提供了有力的技术支撑，本文从四川大学手机互动系统的建设和应用出发，介绍手机互动APP“爱课堂”的系统组成和功能特征，并阐述了1∶1数学化环境下课堂教学互动的普遍应用模式和典型应用案例。
关键词：1∶1数字化学习；自带设备；手机互动系统
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2019）07-0098-04
两个概念
第一个概念：1∶1数字化学习
21世纪，随着数字化学习内涵和实践的极大丰富和发展，一个具有跨时代意义的新概念被提了出来，即1∶1数字化学习。[1]概念的首次提出是在2002年IEEE关于无线和移动技术在教育领域的应用国际研讨会上。“1∶1”是指让每位学生拥有一套数字化设备，并享受这个设备提供的各种平台和资源，从而在教师指导下进行有效学习的理念、技术和方法。简单地说，即每一位教师和学生都拥有一部自己的、可移动的手机，通过无线联网的信息与交流技术设备来进行教与学的活动。
第二个概念：BYOD（Bring You Own Device）自带设备
学校情境中的BYOD就是让学生自带设备进入学校，并用这些自带设备参与课堂学习。自带设备包括智能手机、平板电脑和笔记本电脑等，而使用频率最高最方便的是智能手机。
上海师范大学黎加厚教授与中山大学王竹立教授在2015年曾有过一场关于学生自带设备进课堂的讨论，在这次讨论中，黎加厚教授指出：“事实上，国际教育界早就提出鼓励学生自带设备（BYOD）进课堂。最近刚从新加坡参加国际会议回国的焦建利教授在博客中写到：‘基于移动终端的一对一数字化学习研究与实践是全球热点，在未来一段时间之内，这个趋势将日趋鲜明。’”[2]
从2002年1∶1数字化学习概念被提出，直到近几年智能手机等自带设备走进课堂，才真正为1∶1数字化学习的有效开展提供了有力的技术支撑。智能手机所构建的1∶1数字化学习环境充分发挥了1∶1数字化学习的最基本、最核心的特征：个性化学习和移动学习。
“爱课堂”手机互动系统
2011年，为推动“探究式-小班化”课堂教学改革，增强课堂互动，四川大学引入课堂表决器Clicker，有效支持教师在班级规模较大的课堂调动全体学生参与，适时掌握所有学生学习效果。2016年，随着移动通信技术的发展和以智能手机为代表的自带设备的普及，学校将利用手机APP构建1∶1数字化教学环境作为探索课堂互动教学的新举措，与相关机构合作开发“爱课堂”手机互动系统。
1.设计灵感
在多年应用Clicker的过程中，笔者感受到Clicker最核心的问题在于其是非智能的，既不能接收到教师下发的资料，又无法保存上课的所有痕迹，Clicker所实现的互动并非真正意义上的“双向”互动。使用过程中存在以下问题：①完全依赖PPT，课前教师需要做大量的准备工作，增加工作负担；②实名签到功能不够人性化，学生签到时每次都需要输入签到码，而且错过不能补签，会占用一定的课堂教学时间；③支持的题型有限，尤其是不能支持主观题；④教师需要的互动数据不能自动保存，需要手动导出。
根据以上使用经验，笔者认为，要开发出符合川大课堂教学特色的手机互动APP，必须做到：①软件不限载体，课前无需编辑；②实名签到时，学生的姓名、学号在大屏幕上清晰可见，签到成功有明显提示，并且是后台签到，不占用上课时间；③客观题支持单选、多选，并可限定答题时间；④支持主观题作答；⑤教师需要的互动数据自动保存；⑥学生端互动记录清晰留痕；⑦教室内网络环境采用无线局域网消除师生间互动消耗流量的顾虑，同时确保数据通信流畅。
2.系统组成
“爱课堂”手机互动系统，从软件系统的组成上包括三个部分：移动端（APP）、教室电脑端和云平台。移动端（APP）和教室电脑端是服务于师生教学的主要载体，云平台用于支撑系统的运行和教学大数据的集中存储、共享、分析和决策。
（1）教室电脑端
教室电脑预置“爱课堂”软件，为了消除技术门槛，软件不依赖任何载体，采用屏幕截图的方式，支持任意形式的课件。不改变教师原有的授课习惯和模式，节省教师备课时间。
（2）学生端APP
学生端是一款原生开发的APP，学生的自带设备既是主要的学习终端，也是“爱课堂”课堂互动功能的核心载体，所以通过“爱课堂”，改变了手机在课堂中的地位，使其成为了学生学习的利器，也真正实现了BYOD的常态化应用。学生通过“爱课堂”APP實现一键签到、接收教学资料、课堂答题、弹幕提问等互动功能，通过高频率的互动时刻维持大脑的兴奋度，提高课堂积极性和参与度，提升课堂教学质量。依托云平台，实现课前预习检测、课中实时互动、课后巩固提高等功能。
（3）云平台
学校自建云平台，具有完全的数据拥有权和使用权，一方面保障数据的安全性和保护师生的知识产权，另一方面为学校建立大数据中心，后期的数据深度挖掘、分析、决策打下坚实基础。
3.系统架构
系统采用2层 3层混合网络结构（如图1），在课堂教学环境中，采用三级架构，学生端APP与教室电脑端形成局域网络，数据在教室内传播，因此可以做到高性能低延迟，并不会增大核心网络的负载。教室电脑端与云服务器通信，可以集中下载教学数据并上传互动结果数据，避免了学生分别下载、上传数据对核心网络和服务器的压力。在课堂外，采用二级架构，教师终端和学生终端通过校园网或互联网直接与云平台通信，实现了随时随地学习互动。
如上页图2所示的双网络结构的优势在于在确保全校师生大规模使用手机互动系统进行教学的前提下，对网络和服务等设备性能提出了最低的要求，降低了系统建设的门槛。 4.功能特征
“爱课堂”实现了课堂教学的全过程支持，并完成课程的全维度数据记录。采用教室电脑端与云平台相结合的方式连通综合教务系统，除了提供教学数据的中心存储以外，通过一键签到，学生的出勤缺课一目了然；利用随堂测试，教师对自己的课堂教学了然于胸；随时发起的弹幕提问，学生的疑问灵感随时吐槽；挑人抢答，不但活跃课堂气氛，更能体现互动公平；资料下发，方便教师将与知识点相关的拓展资料一键下发到学生手机端，课后随时随地查看；分组模式助力小组研讨，深入开展协作探究。
云平台具有完整的教务管理（数据）模块、知识结构管理、教学资源库、学习社区，最重要的是具有强大的数据分析功能，能针对各种数据进行分析并提供分析结果，如整个学期完整的数据报表、分课时统计学生答题情况、按题目统计学生答题情况、课程教学质量统计、学生学情分析、管理员身份查看教室签到情况、管理员身份查看课程互动情况排行等。
课堂教学应用情况
1.普遍应用模式
手机互动系统实现了“课前—课中—课后”为一体的移动互动教学（如图3），并初步实现了“数据收集—分析预测—教学决策”的精准化教学模型。一键签到、挑人抢答、弹幕提问等功能实现师生即时互动；随堂测试、打分等功能服务全过程学业评价；团队合作答题，分组排行展示功能助力小组研讨；二次签到、课前预习和课后作业发布等功能，确保学生学习成效。
具体应用模式为：课前，教师可以在云平台布置预习资料或前测试题，通过学生的提交率和答题正确率来检测预测情况，并决定教学的起点和课堂授课的重点；课中，学生利用“爱课堂”通过签到、随堂测试、提问抢答、分组学习等方式与教师实时互动，教师通过学生到课率、参与度和答题正确率来检验授课成效，并能实时调整授课进度，修订教学方案；课后，教师通过云平台布置课后复习资料和后测试题，及时巩固，通过学生的提交率和答题正确率检测教学效果，同时发现教学中的盲区。最重要的是，每个阶段产生的分数都会按比例计入学生的平时成绩，为学生的全过程学业评价提供数据依据。
2.典型应用案例
目前，四川大学已经建成手机互动教室291间，占学校教室总数的60%，越来越多的教师愿意尝试，善于使用，也进一步深度开发出了各具学科特色的教学方法。
①循循善诱，自主探索。《创业管理》课堂上教师首先通过“弹幕”引导学生思考“何为商机”，了解学生对概念的初步印象，再通过案例选择题的方式，让学生判断不同情境下“商机”的可能性，学生答题情况展示在屏幕上，教师有针对性地选择不同答题选项的学生进行深入讨论，从而引导学生一步一步接近“商机”的学术定义。
②合作探究，抢权发言。《货币经融学》的课堂多半是“讲授 研讨”，教师首先讲授新课20分钟，紧接着给出讨论主题下发到学生手机端，学生分组讨论，10分钟后，利用抢答功能邀请优先抢到发言权的3个组上台表述观点，最后教师进行总结性点评。
③多元化考核，平时成绩量化。《无机材料物理化学》的授课教师坚持一个学期80%以上的课时使用手机互动APP，突出过程性评价，平时成绩有据可依。例如，讲授硅酸盐晶体结构时，首先知识回顾，引入新课。通过单选题回顾Si的结构，紧跟着让学生绘出Si的晶体结构，答案拍照上传，随机选择4名学生的作品同屏展示。接着新课讲授，知识强化。学习完硅酸盐晶体结构，分别通过单选题、挑人和抢答的方式一步一步引导学生深入思考。最后下发一篇相关论文作为课后拓展学习资料。
④阶段性小测，诊断教学效果。《系统解剖学》利用手机互动APP进行阶段性小测，课前在云平台按知识点创建题库，抽取10道难易均衡的客观题用于章节测试，生成试卷并发布。课中实名制签到后，下发整套试卷到学生手机端，学生在自己手机上作答，10分钟倒计时结束，得分同步回传到学生手机端，答题结果以柱状图形式呈现，教师有针对性讲解出错率高的题目，并对相关知识点重新梳理。
3.应用效果分析
为了更好地了解“爱课堂”在教学中的使用效果，我们随机抽取了148名学生进行问卷调查。客观数据显示，90%的学生表示愿意接受“手机进课堂”辅助课堂教学，85%的学生表示愿意接受这种互动教学方式，75%的学生认为“爱课堂”的应用增强其对课堂的参与感和积极性，89%的学生觉得“爱课堂”促进课堂师生互动的公平性。主观反馈集中在三个方面：①督促自主学习。很好地避免了偷懒翘课情况的发生，对自控能力较差的学生起到了很好的督促作用，对于课程需要花更多的时间预习和复习，这种相对新颖的教学和学习方式帮助了自己顺利通过考试。②检验学习成效。课堂做题可以很有效地检验当堂课的学习效果，当场在大屏上就能知道有沒有做错。③提高课堂注意力。提高大家上课的注意力，随机点人回答问题的时候，学生的精神都高度集中，在短时间内必须靠自己想出答案，所以不论回答得怎么样，都是对自己思维的锻炼，重要的不是答案而是思维的方式。
“爱课堂”的使用，在促进课堂师生互动的公平性、督促学生自主学习、提高课堂注意力和检验学习成效方面得到了学生的认可。
总结
“手机互动教室”作为四川大学“双创”智慧教学环境建设工程的一分子，营造了一种数字化、个性化和智能化的教学辅助环境，为教师提供完整的、系统化的教学服务，为学生提供更多参与课堂互动的机会，使学习方式由“单向传播”转向“双向互动”，更好地支持了 1∶1数字化课堂教学应用，助力四川大学课堂革命。预计2019年四川大学手机互动教室将实现全覆盖，为下一步大数据分析和精准化教学做好前期储备。
参考文献：
[1]徐乐，宋灵青，邸妙词，等.一对一数字化学习研究[J].中国电化教育，2014（5）.
[2]黎加厚，王竹立.最终改变课堂的或许是手机——关于学生自带设备进课堂的讨论[J].中国信息技术教育，2015（20）.
关键词：1∶1数字化学习；自带设备；手机互动系统
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2019）07-0098-04
两个概念
第一个概念：1∶1数字化学习
21世纪，随着数字化学习内涵和实践的极大丰富和发展，一个具有跨时代意义的新概念被提了出来，即1∶1数字化学习。[1]概念的首次提出是在2002年IEEE关于无线和移动技术在教育领域的应用国际研讨会上。“1∶1”是指让每位学生拥有一套数字化设备，并享受这个设备提供的各种平台和资源，从而在教师指导下进行有效学习的理念、技术和方法。简单地说，即每一位教师和学生都拥有一部自己的、可移动的手机，通过无线联网的信息与交流技术设备来进行教与学的活动。
第二个概念：BYOD（Bring You Own Device）自带设备
学校情境中的BYOD就是让学生自带设备进入学校，并用这些自带设备参与课堂学习。自带设备包括智能手机、平板电脑和笔记本电脑等，而使用频率最高最方便的是智能手机。
上海师范大学黎加厚教授与中山大学王竹立教授在2015年曾有过一场关于学生自带设备进课堂的讨论，在这次讨论中，黎加厚教授指出：“事实上，国际教育界早就提出鼓励学生自带设备（BYOD）进课堂。最近刚从新加坡参加国际会议回国的焦建利教授在博客中写到：‘基于移动终端的一对一数字化学习研究与实践是全球热点，在未来一段时间之内，这个趋势将日趋鲜明。’”[2]
从2002年1∶1数字化学习概念被提出，直到近几年智能手机等自带设备走进课堂，才真正为1∶1数字化学习的有效开展提供了有力的技术支撑。智能手机所构建的1∶1数字化学习环境充分发挥了1∶1数字化学习的最基本、最核心的特征：个性化学习和移动学习。
“爱课堂”手机互动系统
2011年，为推动“探究式-小班化”课堂教学改革，增强课堂互动，四川大学引入课堂表决器Clicker，有效支持教师在班级规模较大的课堂调动全体学生参与，适时掌握所有学生学习效果。2016年，随着移动通信技术的发展和以智能手机为代表的自带设备的普及，学校将利用手机APP构建1∶1数字化教学环境作为探索课堂互动教学的新举措，与相关机构合作开发“爱课堂”手机互动系统。
1.设计灵感
在多年应用Clicker的过程中，笔者感受到Clicker最核心的问题在于其是非智能的，既不能接收到教师下发的资料，又无法保存上课的所有痕迹，Clicker所实现的互动并非真正意义上的“双向”互动。使用过程中存在以下问题：①完全依赖PPT，课前教师需要做大量的准备工作，增加工作负担；②实名签到功能不够人性化，学生签到时每次都需要输入签到码，而且错过不能补签，会占用一定的课堂教学时间；③支持的题型有限，尤其是不能支持主观题；④教师需要的互动数据不能自动保存，需要手动导出。
根据以上使用经验，笔者认为，要开发出符合川大课堂教学特色的手机互动APP，必须做到：①软件不限载体，课前无需编辑；②实名签到时，学生的姓名、学号在大屏幕上清晰可见，签到成功有明显提示，并且是后台签到，不占用上课时间；③客观题支持单选、多选，并可限定答题时间；④支持主观题作答；⑤教师需要的互动数据自动保存；⑥学生端互动记录清晰留痕；⑦教室内网络环境采用无线局域网消除师生间互动消耗流量的顾虑，同时确保数据通信流畅。
2.系统组成
“爱课堂”手机互动系统，从软件系统的组成上包括三个部分：移动端（APP）、教室电脑端和云平台。移动端（APP）和教室电脑端是服务于师生教学的主要载体，云平台用于支撑系统的运行和教学大数据的集中存储、共享、分析和决策。
（1）教室电脑端
教室电脑预置“爱课堂”软件，为了消除技术门槛，软件不依赖任何载体，采用屏幕截图的方式，支持任意形式的课件。不改变教师原有的授课习惯和模式，节省教师备课时间。
（2）学生端APP
学生端是一款原生开发的APP，学生的自带设备既是主要的学习终端，也是“爱课堂”课堂互动功能的核心载体，所以通过“爱课堂”，改变了手机在课堂中的地位，使其成为了学生学习的利器，也真正实现了BYOD的常态化应用。学生通过“爱课堂”APP實现一键签到、接收教学资料、课堂答题、弹幕提问等互动功能，通过高频率的互动时刻维持大脑的兴奋度，提高课堂积极性和参与度，提升课堂教学质量。依托云平台，实现课前预习检测、课中实时互动、课后巩固提高等功能。
（3）云平台
学校自建云平台，具有完全的数据拥有权和使用权，一方面保障数据的安全性和保护师生的知识产权，另一方面为学校建立大数据中心，后期的数据深度挖掘、分析、决策打下坚实基础。
3.系统架构
系统采用2层 3层混合网络结构（如图1），在课堂教学环境中，采用三级架构，学生端APP与教室电脑端形成局域网络，数据在教室内传播，因此可以做到高性能低延迟，并不会增大核心网络的负载。教室电脑端与云服务器通信，可以集中下载教学数据并上传互动结果数据，避免了学生分别下载、上传数据对核心网络和服务器的压力。在课堂外，采用二级架构，教师终端和学生终端通过校园网或互联网直接与云平台通信，实现了随时随地学习互动。
如上页图2所示的双网络结构的优势在于在确保全校师生大规模使用手机互动系统进行教学的前提下，对网络和服务等设备性能提出了最低的要求，降低了系统建设的门槛。 4.功能特征
“爱课堂”实现了课堂教学的全过程支持，并完成课程的全维度数据记录。采用教室电脑端与云平台相结合的方式连通综合教务系统，除了提供教学数据的中心存储以外，通过一键签到，学生的出勤缺课一目了然；利用随堂测试，教师对自己的课堂教学了然于胸；随时发起的弹幕提问，学生的疑问灵感随时吐槽；挑人抢答，不但活跃课堂气氛，更能体现互动公平；资料下发，方便教师将与知识点相关的拓展资料一键下发到学生手机端，课后随时随地查看；分组模式助力小组研讨，深入开展协作探究。
云平台具有完整的教务管理（数据）模块、知识结构管理、教学资源库、学习社区，最重要的是具有强大的数据分析功能，能针对各种数据进行分析并提供分析结果，如整个学期完整的数据报表、分课时统计学生答题情况、按题目统计学生答题情况、课程教学质量统计、学生学情分析、管理员身份查看教室签到情况、管理员身份查看课程互动情况排行等。
课堂教学应用情况
1.普遍应用模式
手机互动系统实现了“课前—课中—课后”为一体的移动互动教学（如图3），并初步实现了“数据收集—分析预测—教学决策”的精准化教学模型。一键签到、挑人抢答、弹幕提问等功能实现师生即时互动；随堂测试、打分等功能服务全过程学业评价；团队合作答题，分组排行展示功能助力小组研讨；二次签到、课前预习和课后作业发布等功能，确保学生学习成效。
具体应用模式为：课前，教师可以在云平台布置预习资料或前测试题，通过学生的提交率和答题正确率来检测预测情况，并决定教学的起点和课堂授课的重点；课中，学生利用“爱课堂”通过签到、随堂测试、提问抢答、分组学习等方式与教师实时互动，教师通过学生到课率、参与度和答题正确率来检验授课成效，并能实时调整授课进度，修订教学方案；课后，教师通过云平台布置课后复习资料和后测试题，及时巩固，通过学生的提交率和答题正确率检测教学效果，同时发现教学中的盲区。最重要的是，每个阶段产生的分数都会按比例计入学生的平时成绩，为学生的全过程学业评价提供数据依据。
2.典型应用案例
目前，四川大学已经建成手机互动教室291间，占学校教室总数的60%，越来越多的教师愿意尝试，善于使用，也进一步深度开发出了各具学科特色的教学方法。
①循循善诱，自主探索。《创业管理》课堂上教师首先通过“弹幕”引导学生思考“何为商机”，了解学生对概念的初步印象，再通过案例选择题的方式，让学生判断不同情境下“商机”的可能性，学生答题情况展示在屏幕上，教师有针对性地选择不同答题选项的学生进行深入讨论，从而引导学生一步一步接近“商机”的学术定义。
②合作探究，抢权发言。《货币经融学》的课堂多半是“讲授 研讨”，教师首先讲授新课20分钟，紧接着给出讨论主题下发到学生手机端，学生分组讨论，10分钟后，利用抢答功能邀请优先抢到发言权的3个组上台表述观点，最后教师进行总结性点评。
③多元化考核，平时成绩量化。《无机材料物理化学》的授课教师坚持一个学期80%以上的课时使用手机互动APP，突出过程性评价，平时成绩有据可依。例如，讲授硅酸盐晶体结构时，首先知识回顾，引入新课。通过单选题回顾Si的结构，紧跟着让学生绘出Si的晶体结构，答案拍照上传，随机选择4名学生的作品同屏展示。接着新课讲授，知识强化。学习完硅酸盐晶体结构，分别通过单选题、挑人和抢答的方式一步一步引导学生深入思考。最后下发一篇相关论文作为课后拓展学习资料。
④阶段性小测，诊断教学效果。《系统解剖学》利用手机互动APP进行阶段性小测，课前在云平台按知识点创建题库，抽取10道难易均衡的客观题用于章节测试，生成试卷并发布。课中实名制签到后，下发整套试卷到学生手机端，学生在自己手机上作答，10分钟倒计时结束，得分同步回传到学生手机端，答题结果以柱状图形式呈现，教师有针对性讲解出错率高的题目，并对相关知识点重新梳理。
3.应用效果分析
为了更好地了解“爱课堂”在教学中的使用效果，我们随机抽取了148名学生进行问卷调查。客观数据显示，90%的学生表示愿意接受“手机进课堂”辅助课堂教学，85%的学生表示愿意接受这种互动教学方式，75%的学生认为“爱课堂”的应用增强其对课堂的参与感和积极性，89%的学生觉得“爱课堂”促进课堂师生互动的公平性。主观反馈集中在三个方面：①督促自主学习。很好地避免了偷懒翘课情况的发生，对自控能力较差的学生起到了很好的督促作用，对于课程需要花更多的时间预习和复习，这种相对新颖的教学和学习方式帮助了自己顺利通过考试。②检验学习成效。课堂做题可以很有效地检验当堂课的学习效果，当场在大屏上就能知道有沒有做错。③提高课堂注意力。提高大家上课的注意力，随机点人回答问题的时候，学生的精神都高度集中，在短时间内必须靠自己想出答案，所以不论回答得怎么样，都是对自己思维的锻炼，重要的不是答案而是思维的方式。
“爱课堂”的使用，在促进课堂师生互动的公平性、督促学生自主学习、提高课堂注意力和检验学习成效方面得到了学生的认可。
总结
“手机互动教室”作为四川大学“双创”智慧教学环境建设工程的一分子，营造了一种数字化、个性化和智能化的教学辅助环境，为教师提供完整的、系统化的教学服务，为学生提供更多参与课堂互动的机会，使学习方式由“单向传播”转向“双向互动”，更好地支持了 1∶1数字化课堂教学应用，助力四川大学课堂革命。预计2019年四川大学手机互动教室将实现全覆盖，为下一步大数据分析和精准化教学做好前期储备。
参考文献：
[1]徐乐，宋灵青，邸妙词，等.一对一数字化学习研究[J].中国电化教育，2014（5）.
[2]黎加厚，王竹立.最终改变课堂的或许是手机——关于学生自带设备进课堂的讨论[J].中国信息技术教育，2015（20）.